説明

感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法

【課題】ナノエッジラフネス抑制性及び解像性に優れる感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法の提供。
【解決手段】感放射線性酸発生体、及び酸解離性基を含む構造単位を有する重合体を含有し、上記感放射線性酸発生体から発生する酸の105℃における拡散係数が0.01nm/sec以下である感放射線性樹脂組成物。感放射線性酸発生体が、下記式(1)で表される化合物であることが好ましい。式(1)におけるRが、下記式(i)で表される基を含む有機基であることがより好ましい。式(i)におけるX及びXの少なくとも一方が、−CO−又は−COO−であることがさらに好ましい。式(1)におけるRのSOに隣接する炭素原子に少なくとも1個のフッ素原子又はフッ素化アルキル基が結合していることが好ましい。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【0002】
化学増幅型感放射線性樹脂組成物は、KrFエキシマレーザーやArFエキシマレーザーに代表される遠紫外光や電子線等の放射線照射により露光部に酸を生成させ、この酸を触媒とする反応により、露光部と未露光部の現像液に対する溶解速度を変化させ、基板上にレジストパターンを形成させる(特開昭59−45439号公報参照)。
【0003】
このような化学増幅型感放射線性樹脂組成物に含有される感放射線性酸発生体には、放射線に対する透明性に優れると共に、発生する酸の強さ及び沸点が適切であること等の特性が求められる。
【0004】
一方、より精密な線幅制御を行う場合、例えば、デバイスの設計寸法がサブハーフミクロン以下であるような場合には、上記感放射線性樹脂組成物は、解像性能が優れているだけでなく、種々のリソグラフィー性能、特に、ナノエッジラフネスの発生を抑制できることも要求される。ナノエッジラフネスは、その後のエッチング等の処理の際に、被加工基板に転写され、その結果として、被加工基板のパターンの寸法精度が低下してしまうという不都合がある。そこで、上述のような感放射線性酸発生体を種々調整することが検討されている。しかし、未だ上記要求を十分に満たすことはできておらず、ナノエッジラフネス抑制性及び解像性等のリソグラフィー性能に優れる感放射線性樹脂組成物が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開昭59−45439号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、ナノエッジラフネス抑制性及び解像性等のリソグラフィー性能に優れる感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するためになされた発明は、
[A]感放射線性酸発生体(以下、「[A]酸発生体」ともいう)、及び
[B]酸解離性基を含む構造単位を有する重合体(以下、「[B]重合体」ともいう)
を含有し、
上記[A]感放射線性酸発生体から発生する酸の105℃における拡散係数が0.01nm/sec以下である感放射線性樹脂組成物である。
【0008】
本発明の感放射線性樹脂組成物は、[A]酸発生体及び[B]重合体を含有し、この[A]酸発生体から発生する酸の拡散係数を上記特定範囲とすることで、ナノエッジラフネス抑制性及び解像性等のリソグラフィー性能に優れる。当該感放射線性樹脂組成物が上記構成を有することで、ナノエッジラフネス抑制性及び解像性に優れる理由については必ずしも明らかではないが、例えば、[A]酸発生体から発生する酸の拡散係数が上記特定値以下であると、パターン形成の精度が効果的に高まり、結果として、ナノエッジラフネスが小さくなり、かつ解像性が向上することが考えられる。
【0009】
[A]感放射線性酸発生体としては、下記式(1)で表される化合物が好ましい。
【化1】

(式(1)中、Rは、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−NHCO−、−CONH−、−NH−CO−O−、−O−CO−NH−、−NH−、−S−、−SO−、−SO−、−SO−O−及び−O−SO−からなる群より選ばれる少なくとも1種の官能基と、炭素数5〜20の脂環式炭化水素基及び核原子数5〜20の脂肪族複素環基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基とを含む1価の有機基である。上記脂環式炭化水素基及び脂肪族複素環基の水素原子の一部又は全部は置換されていてもよい。Mは、1価のオニウムカチオンである。)
【0010】
[A]感放射線性酸発生体が上記特定の構造を有することで、[A]酸発生体から発生する酸の強度が高まると共に、この発生する酸の拡散係数がより小さくなると考えられ、その結果、当該感放射線性樹脂組成物のナノエッジラフネス抑制性及び解像性等のリソグラフィー性能が向上する。
【0011】
上記式(1)におけるRとしては、下記式(i)で表される基(以下、「基(i)」ともいう)を含む有機基が好ましい。
【化2】

(式(i)中、R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜30の炭化水素基又は核原子数3〜30の複素環基である。この炭化水素基及び複素環基の水素原子の一部又は全部は置換されていてもよい。但し、R及びRの少なくとも一方は、炭素数5〜20の脂環式炭化水素基又は核原子数5〜20の脂肪族複素環基である。X及びXは、それぞれ独立して、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−NHCO−、−CONH−、−NH−CO−O−、−O−CO−NH−、−NH−、−S−、−SO−、−SO−、−SO−O−又は−O−SO−である。mは、0〜2の整数である。nは、0又は1である。mが2の場合、複数のR及びXはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)
【0012】
[A]酸発生体が上記特定構造の基を含むことで、発生する酸の拡散係数がさらに小さくなると考えられ、その結果、当該感放射線性樹脂組成物のナノエッジラフネス抑制性及び解像性等のリソグラフィー性能がより向上する。
【0013】
上記式(i)におけるX及びXの少なくとも一方は、−CO−又は−COO−であることが好ましい。[A]酸発生体が上記特定の基を含むことで拡散係数がさらに小さくなると考えられ、その結果、当該感放射線性樹脂組成物のナノエッジラフネス抑制性及び解像性等のリソグラフィー性能がさらに向上する。
【0014】
上記式(1)におけるRのSOに隣接する炭素原子に少なくとも1個のフッ素原子又はフッ素化アルキル基が結合していることが好ましい。[A]酸発生体が上記特定構造を有することで、発生する酸を触媒とする[B]重合体の酸解離性基の解離反応が迅速に進行する。その結果、当該感放射線性樹脂組成物のナノエッジラフネス抑制性及び解像性等のリソグラフィー性能が向上する。
【0015】
上記式(1)におけるRは、ラクトン構造、環状カーボネート構造及びスルトン構造からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を含む有機基であることが好ましい。[A]酸発生体が上記特定構造を含むことで発生する酸の拡散係数がさらに小さくなり、その結果、当該感放射線性樹脂組成物のナノエッジラフネス抑制性及び解像性等のリソグラフィー性能がさらに向上する。
【0016】
[B]重合体は、下記式(2−2)で表される構造単位をさらに有するとよい。
【化3】

(式(2−2)中、Rは、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Rは、単結合、炭素数1〜4の2価の鎖状炭化水素基、エーテル基、エステル基、カルボニル基、アミド基、又はこれらのうちの2以上の基を組み合わせた2価の基である。Rは、1価の有機基である。aは、0又は1である。bは、1〜3の整数である。cは、0〜3の整数である。但し、aが0の場合、b+c≦5の条件を満たし、aが1の場合、b+c≦7の条件を満たす。cが2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよい。)
【0017】
[B]重合体が上記特定の構造単位をさらに有することで、[A]酸発生体から発生する酸と[B]重合体との相互作用がより強くなると考えられ、当該感放射線性樹脂組成物から形成されるレジスト膜中におけるこの酸の拡散がさらに抑制されると考えられる。その結果、当該感放射線性樹脂組成物のナノエッジラフネス抑制性及び解像性等のリソグラフィー性能がさらに向上する。
【0018】
[C]下記式(3−1)及び(3−2)でそれぞれ表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物(以下、「[C]化合物」ともいう)をさらに含有するとよい。
【化4】

(式(3−1)及び式(3−2)中、R11〜R15は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシル基又はハロゲン原子である。Z及びEは、それぞれ独立して、OH、R−COO、R−SO、又はR−N−SO−Rである。R、R及びRは、それぞれ独立して、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基である。このアルキル基、シクロアルキル基、アリール基及びアラルキル基の水素原子の一部又は全部は置換されていてもよい。Rは、アルキル基又はアラルキル基である。このアルキル基又はアラルキル基の水素原子の一部又は全部はフッ素原子で置換されていてもよい。)
【0019】
当該感放射線性樹脂組成物は、上記[C]化合物をさらに含有することで、ナノエッジラフネス抑制性及び解像性等のリソグラフィー性能がさらに向上する。
【0020】
本発明のレジストパターン形成方法は、
(1)当該感放射線性樹脂組成物を用いて基板上にレジスト膜を形成する工程、
(2)上記レジスト膜を露光する工程、
(3)上記露光されたレジスト膜を加熱する工程、及び
(4)上記加熱されたレジスト膜を現像する工程
を有する。当該レジストパターン形成方法は、上述の当該感放射線性樹脂組成物を用いているので、ナノエッジラフネスが小さく、かつ解像度に優れるレジストパターンを形成することができる。
【発明の効果】
【0021】
本発明の感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法によれば、ナノエッジラフネスが抑制され、かつ解像度に優れるレジストパターンを形成することができ、その結果、パターンの形成精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】感放射線性酸発生体から発生する酸の拡散係数の測定方法を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
<感放射線性樹脂組成物>
本発明の感放射線性樹脂組成物は、[A]酸発生体、及び[B]重合体を含有し、上記[A]酸発生体から発生する酸の105℃における拡散係数が0.01nm/sec以下である感放射線性樹脂組成物である。当該感放射線性樹脂組成物は、好適な任意成分として[C]化合物を含有してもよく、本発明の効果を損なわない範囲においてその他の任意成分を含有してもよい。以下、各成分について詳述する。
【0024】
<[A]酸発生体>
[A]酸発生体は、発生する酸の105℃における拡散係数が0.01nm/sec以下である酸発生体である。当該感放射線性樹脂組成物は、[A]酸発生体から発生する酸の拡散係数が上記特定範囲であることで、ナノエッジラフネス抑制性及び解像性に優れる。当該感放射線性樹脂組成物が上記構成を有することで、ナノエッジラフネス抑制性及び解像性に優れる理由については必ずしも明らかではないが、例えば、[A]酸発生体から発生する酸の拡散係数が上記特定値以下であると、パターン形成の精度が効果的に高まり、結果として、ナノエッジラフネスが小さくなり、かつ解像性が向上することが考えられる。当該感放射線性樹脂組成物における[A]酸発生体の含有形態としては、後述するような化合物の形態(以下、適宜「[A]酸発生剤」ということがある)でも、重合体の一部として組み込まれた形態でも、これらの両方の形態でもよい。
【0025】
[A]酸発生体から発生する酸の上記温度における拡散係数の上限としては、0.08nm/secが好ましく、0.06nm/secがより好ましく、0.04nm/secがさらに好ましく、0.03nm/secが特に好ましい。拡散係数が上記上限を超えると、当該感放射線性樹脂組成物のナノエッジラフネス抑制性及び解像性が低下する傾向にある。一方、[A]酸発生体から発生する酸の上記温度における拡散係数の下限としては、0.0001nm/secが好ましく、0.0003nm/secがより好ましく、0.0005nm/secがさらに好ましい。拡散係数が上記下限未満だと当該感放射線性樹脂組成物のパターン形成性が悪化する場合がある。
【0026】
なお、感放射線性酸発生体から発生する酸の拡散係数は、下記測定方法によって求められる。
【0027】
<感放射線性酸発生体から発生する酸の拡散係数の測定方法>
図1を参照して感放射線性酸発生体から発生する酸の拡散係数の測定方法を説明する。まず、図1の(A)に示すように、シリコンウエハ基板1上に反射防止層2を形成させ、その上に、酸解離性基/ノルボルナンラクトン基含有重合体及びクエンチャーを含む下記樹脂組成物(1)をスピンコートした後、110℃で60秒間ベークして、厚さ300nmの第1層3を形成させる。次に、この第1層3の上に、アルカリ可溶性重合体及び測定対象の感放射線性酸発生体を含有する下記樹脂組成物(2)をスピンコートした後、90℃で60秒間ベークして、厚さ90nmの第2層4を形成させる。続いて、この積層体の一部に(ArF光)を所定の露光量で照射させて露光を行い、第2層に酸を発生させる。
【0028】
上記第1層及び第2層の形成に用いるそれぞれの樹脂組成物の配合組成を下記に示す。
樹脂組成物(1):酸解離性基/ノルボルナンラクトン基含有重合体(1−エチルシクロペンチルメタクリレート/4−オキサ−5−オキソトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−2−イルメタクリレート(50/50(モル%))共重合体)3.0g、クエンチャー(トリエタノールアミン)0.13mmol及び溶媒(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)37.5g
樹脂組成物(2):アルカリ可溶性樹脂(5,5,5−トリフルオロ−4−ヒドロキシ−4−トリフルオロメチルペンタン−2−イル メタクリレート重合体)1g、測定対象の感放射線性酸発生体0.38mmol及び溶媒(4−メチル−2−ペンタノール)50g
なお、上記酸解離性基/ノルボルナンラクトン基含有重合体は以下の方法で合成することができる。
1−エチルシクロペンチルメタクリレート及び4−オキサ−5−オキソトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−2−イルメタクリレートの各単量体(50:50、モル比)及び重合開始剤としてのジメチル2,2−アゾビス(2−メチルプロピオネート)を2−ブタノンに溶解させ、得られた溶液を三口フラスコ中、還流下で6時間攪拌させる。重合反応完了後、重合反応溶液を室温まで冷却させてからメタノール中に投入する。生成した白色沈殿を濾別した後乾燥することにより、白色粉末状の上記酸解離性基/ノルボルナンラクトン基含有重合体が得られる。
【0029】
次に、上記露光された積層体に対し、ポストエクスポージャーベーク(PEB)を105℃で60秒間行う。PEBを行うことにより、図1の(B)に示すように、上記発生した酸は、第2層から第1層にまで拡散する。
【0030】
続いて、上記PEB後の積層された膜を、0.26Nテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて、23℃で60秒間現像させる。現像後は、図1の(C)に示すように、露光部における膜厚が減少する。未露光部及び露光部の膜厚をそれぞれ測定し、この差を膜厚差(ΔL)と定義する。
【0031】
上記測定を、露光量を変えて複数回行い、各露光量(E)に対する膜厚差(ΔL)をそれぞれ求める。感放射線性酸発生体から発生する酸の拡散係数(D)は、この露光量(E)と膜厚差(ΔL)の値から、Fickの拡散法則を表す下記数式(D−1)を用いて算出される。
ΔL=2(D・tPEB1/2erfc−1(Ecrit/E) ・・・(D−1)
ΔL:膜厚差(nm)
D:拡散係数(nm/sec)
PEB:PEB時間(sec)
erfc:誤差関数補正値
crit:基準露光量(初回測定時の露光量)(mJ/cm
E:露光量(mJ/cm
【0032】
[A]酸発生剤としては、発生する酸の上記温度における拡散係数が上記範囲である限り特に限定されず、例えば、オニウム塩化合物、スルホンイミド化合物、ハロゲン含有化合物、ジアゾケトン化合物等が挙げられる。上記オニウム塩化合物としては、例えば、スルホニウム塩(テトラヒドロチオフェニウム塩を含む)、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩、ピリジニウム塩等が挙げられる。これらの中で、オニウム塩化合物が好ましく、スルホニウム塩がより好ましい。
【0033】
上記スルホニウム塩としては、上記式(1)で表される化合物が好ましい。
【0034】
上記式(1)中、Rは−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−NHCO−、−CONH−、−NH−CO−O−、−O−CO−NH−、−NH−、−S−、−SO−、−SO−、−SO−O−及び−O−SO−からなる群より選ばれる少なくとも1種の官能基と、炭素数5〜20の脂環式炭化水素基及び核原子数5〜20の脂肪族複素環基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基とを含む1価の有機基である。上記脂環式炭化水素基及び脂肪族複素環基の水素原子の一部又は全部は置換されていてもよい。Mは、1価のオニウムカチオンである。
【0035】
で表される1価の有機基に含まれる官能基としては、−CO−、−COO−、−OCO−、−NHCO−、−CONH−、−SO−、−SO−O−及び−O−SO−が好ましく、−CO−、−COO−、−NHCO−及び−CONH−がより好ましく、−CO−及び−COO−がさらに好ましい。Rに含まれる官能基が上記特定基であることで、[A]酸発生体から発生する酸の拡散係数が小さくなると考えられ、当該感放射線性樹脂組成物のナノエッジラフネス抑制性及び解像性が向上する。また、[A]酸発生剤の溶媒への溶解性が高まると共に、[A]酸発生剤と[B]重合体との相溶性が増し、レジスト膜中の[A]酸発生剤の分散性が向上し、その結果、当該感放射線性樹脂組成物のナノエッジラフネス抑制性及び解像性がさらに向上する。また、上記官能基が−CO−、−COO−であると、[A]酸発生体の合成が容易になる。
【0036】
で表される1価の有機基に含まれる炭素数5〜20の脂環式炭化水素基及び核原子数5〜20の脂肪族複素環基の価数は特に限定されず、1価でもよく、2価でもよく、3価以上でもよい。これらの中で、1価及び2価が好ましい。
【0037】
上記炭素数5〜20の脂環式炭化水素基としては、例えば、
シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロオクタン、シクロデカン等の炭素数5〜20の単環の脂環式炭化水素;ノルボルナン、アダマンタン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等の炭素数5〜20の多環の脂環式炭化水素の水素原子をm個(mは1以上の整数である)除いたm価の脂環式炭化水素基等が挙げられる。
【0038】
1価の脂環式炭化水素基(mが1の場合)としては、例えばシクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基、シクロデシル基等の単環の脂環式炭化水素基;ノルボルニル基、アダマンチル基等の多環の脂環式炭化水素基等が挙げられる。これらの中で、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基及びアダマンチル基が好ましく、シクロヘキシル基及びアダマンチル基がより好ましく、アダマンチル基がさらに好ましい。
【0039】
2価の脂環式炭化水素基(mが2の場合)としては、例えば、シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、シクロオクタンジイル基、シクロデカンジイル基等の単環の脂環式炭化水素基;ノルボルナンジイル基、アダマンタンジイル基等の多環の脂環式炭化水素基等が挙げられる。これらの中で、シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基が好ましく、シクロヘキサンジイル基がより好ましい。
【0040】
上記核原子数5〜20の脂肪族複素環基としては、例えば、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等を環構成原子として含む脂肪族複素環化合物の水素原子をm個(mは1以上の整数である)除いたm価の脂肪族複素環基等が挙げられる。
【0041】
上記脂肪族複素環基としては、ブチロラクトン構造(下記式(a−1)で表される構造)、バレロラクトン構造(下記式(a−2)で表される構造)、シクロヘキサンラクトン構造(下記式(a−3)で表される構造)、ノルボルナンラクトン構造(下記式(a−4)で表される構造)等のラクトン構造;エチレンカーボネート構造(下記式(b−1)で表される構造)等の環状カーボネート構造;下記式(c−1)〜(c−7)で表される構造等の環状ケトン構造;下記式(d−1)〜(d−4)で表される構造等の環状スルフィド構造;ノルボルナンスルトン構造(下記式(e−1)で表される構造)等のスルトン構造を含む基が好ましい。
【0042】
【化5】

【0043】
これらの中で、上記脂肪族複素環基としては、[A]酸発生剤の拡散係数が小さくなる観点から、ラクトン構造、環状カーボネート構造及び/又はスルトン構造を含む基がより好ましく、ブチロラクトン構造、ノルボルナンラクトン構造、エチレンカーボネート構造及び/又はノルボルナンスルトン構造を含む基がさらに好ましく、ノルボルナンラクトン構造、エチレンカーボネート構造及び/又はノルボルナンスルトン構造を含む基が特に好ましい。
【0044】
上記脂環式炭化水素基及び脂肪族複素環基が有していてもよい置換基としては、例えばヒドロキシル基;フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子;シアノ基、メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基;アセチル基、エトキシカルボニル基等のアシル基;アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基等のアシロキシ基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基等が挙げられる。また、上記脂環式炭化水素基及び脂肪族複素環基の同一炭素原子に結合する2個の水素原子を酸素原子により置換してもよく、この場合はケトン性カルボニル基が形成される。
【0045】
上記式(1)におけるRで表される1価の有機基において、SOに隣接する炭素原子に少なくとも1個のフッ素原子又はフッ素化アルキル基が結合していることが好ましく、少なくとも1個のフッ素原子が結合していることがより好ましく、2個のフッ素原子が結合していることがさらに好ましい。[A]酸発生剤が上記構造を有することで、発生する酸を触媒とする[B]重合体の酸解離性基の解離反応が迅速に進行する。その結果、当該感放射線性樹脂組成物のナノエッジラフネス抑制性及び解像性等のリソグラフィー性能がさらに向上する。
【0046】
上記Rで表される1価の有機基は上記式(i)で表される基を含むことが好ましい。[A]酸発生体は上記特定構造を有する基を含むことで、拡散係数が小さくなると考えられ、その結果、当該感放射線性樹脂組成物のナノエッジラフネス抑制性及び解像性等のリソグラフィー性能が向上する。
【0047】
上記式(i)中、R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜30の炭化水素基又は炭素数3〜30の複素環基である。この炭化水素基及び複素環基の水素原子の一部又は全部は置換されていてもよい。但し、R及びRの少なくとも一方は、炭素数5〜20の脂環式炭化水素基又は核原子数5〜20の脂肪族複素環基である。X及びXは、それぞれ独立して、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−NHCO−、−CONH−、−NH−CO−O−、−O−CO−NH−、−NH−、−S−、−SO−、−SO−、−SO−O−又は−O−SO−である。mは、0〜2の整数である。nは、0又は1である。mが2の場合、複数のR及びXはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
【0048】
上記Rは1価の炭化水素基又は複素環基、Rは2価の炭化水素基又は複素環基である。上記R及びRで表される炭素数1〜30の炭化水素基としては、例えば、炭素数1〜30の鎖状炭化水素、炭素数3〜30の脂環式炭化水素、炭素数6〜30の芳香族炭化水素等から、Rの場合は1個、Rの場合は2個の水素原子を除いた基等が挙げられる。
【0049】
上記鎖状炭化水素としては、例えば、メタン、エタン、プロパン、直鎖状又は分岐状のブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン等が挙げられる。
【0050】
上記脂環式炭化水素としては、例えば、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロデカン等の単環の炭化水素;ノルボルナン、アダマンタン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等の多環の炭化水素等が挙げられる。
【0051】
上記芳香族炭化水素としては、例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナンスレン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、エチルベンゼン、クメン、シクロヘキシルベンゼン等が挙げられる。
【0052】
上記R及びRで表される核原子数3〜30の複素環基としては、例えば、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等を環構成原子として含む脂肪族複素環化合物又は芳香族複素環化合物から、Rの場合は1個、Rの場合は2個の水素原子を除いた基等が挙げられる。
【0053】
上記炭化水素基及び複素環基が有していてもよい置換基としては、上記式(1)における脂環式炭化水素基及び脂肪族複素環基の置換基の例と同じものが挙げられる。
【0054】
上記R及びRの少なくとも一方となる炭素数5〜20の脂環式炭化水素基及び核原子数5〜20の脂肪族複素環基としては、上記式(1)におけるRが含む炭素数5〜20の脂環式炭化水素基及び脂肪族複素環基の例と同じものを挙げることができる。
【0055】
上記X及びXとしては、−CO−、−COO−、−OCO−、−NHCO−、−CONH−、−SO−、−SO−O−及び−O−SO−が好ましく、−CO−、−COO−、−NHCO−及び−CONH−がより好ましく、−CO−及び−COO−がさらに好ましい。X及びXの少なくとも一方が上記特定基であることで、[A]酸発生体から発生する酸の拡散係数が小さくなると考えられ、当該感放射線性樹脂組成物のナノエッジラフネス抑制性及び解像性が向上する。
【0056】
mとしては、[A]酸発生体から発生する酸の拡散係数の観点からは、0又は1が好ましい。また、nとしては、1が好ましい。
【0057】
上記式(1)で表される化合物としては、例えば、下記式(a1)で表される化合物等が挙げられる。
【0058】
【化6】

【0059】
上記式(a1)中、Rは、上記式(i)で表される基である。R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又はアルキル基である。pは、0〜10の整数である。Rf及びRfは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子又はフッ素化アルキル基である。qは、0〜10の整数である。但し、Rf及びRfの全てが水素原子である場合はない。
【0060】
上記R及びRで表されるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、直鎖状又は分岐状のプロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、テトラドデシル基、オクタドデシル基、エイコシル基等が挙げられる。
【0061】
Rf及びRfで表される炭素数1〜8のフッ素化アルキル基としては、例えば、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、フルオロエチル基、ジフルオロエチル基、トリフルオロエチル基、パーフルオロエチル基、ジフルオロプロピル基、トリフルオロプロピル基、ヘキサフルオロプロピル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロオクチル基等が挙げられる。これらの中で、パーフルオロアルキル基が好ましく、トリフルオロメチル基がより好ましい。
【0062】
上記R及びRとしては水素原子、メチル基が好ましく、水素原子がより好ましい。
上記Rf及びRfとしては、フッ素原子、フッ素化アルキル基が好ましく、フッ素原子、トリフルオロメチル基がより好ましく、フッ素原子がさらに好ましい。
上記pとしては0〜6が好ましく、1〜4がより好ましく、1〜3がさらに好ましい。
上記qとしては、1〜6が好ましく、1〜4がより好ましく、1又は2がさらに好ましい。
【0063】
上記式(a1)においてRとSOを連結する基としては、例えば、下記式で表される基等が挙げられる。
【0064】
【化7】

【0065】
上記式中、*は、SOへの結合部位を示す。
【0066】
これらの中で、[A]酸発生剤から発生する酸の強さ及び拡散係数の観点から、SOに隣接する炭素原子に少なくとも1個のフッ素原子又はフッ素化アルキル基が結合している基が好ましく、少なくとも1個のフッ素原子が結合している基がより好ましく、2個のフッ素原子が結合している基がさらに好ましい。
【0067】
当該感放射線性樹脂組成物のナノエッジラフネス抑制性及び解像性の向上の観点からはRで表される1価の有機基の炭素数の下限としては、9が好ましく、10がより好ましく、11がさらに好ましい。一方、炭素数の上限としては、30が好ましく、26がより好ましく、24がさらに好ましい。
【0068】
上記Mで表される1価のオニウムカチオンとしては、例えば酸素原子(O)、硫黄原子(S)、セレン原子(Se)、窒素原子(N)、リン原子(P)、ヒ素原子(As)、アンチモン原子(Sb)、塩素原子(Cl)、ホウ素原子(Br)、ヨウ素原子(I)等の原子を有するオニウムカチオンが挙げられる。これらの中で、硫黄原子を有するオニウムカチオン(スルホニウムカチオン(テトラヒドロチオフェニウムカチオンを含む))、ヨウ素原子を有するオニウムカチオン(ヨードニウムカチオン)が好ましい。
【0069】
上記スルホニウムカチオンとしては、例えば、下記式(b1)で表されるカチオン等が挙げられる。また、上記ヨードニウムカチオンとしては、例えば、下記式(b2)で表されるカチオン等が挙げられる。
【0070】
【化8】

【0071】
上記式(b1)中、R、Ra’及びRa”は、それぞれ独立して、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基である。上記アルキル基及び芳香族炭化水素基の水素原子の一部又は全部は置換されていてもよい。また、R、Ra’、Ra”のいずれか2つが互いに結合して、それらが結合する硫黄原子と共に環状構造を形成していてもよい。
【0072】
【化9】

【0073】
上記式(b2)中、R及びRb’は、それぞれ独立して、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基である。上記アルキル基及び芳香族炭化水素基の水素原子の一部又は全部は置換されていてもよい。またR、Rb’が互いに結合して、それらが結合するヨウ素原子と共に環状構造を形成していてもよい。
【0074】
上記R、Ra’及びRa”並びにR及びRb’で表される炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等が挙げられる。
【0075】
上記R、Ra’及びRa”並びにR及びRb’で表される炭素数6〜18の芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基、フェナントリル基等が挙げられる。
【0076】
上記アルキル基及び芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、シアノ基、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルキルオキシ基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基、アシル基等が挙げられる。
【0077】
この中で、R、Ra’及びRa”並びにR及びRb’としては、放射線の吸収効率が高い観点から、芳香族炭化水素基が好ましく、フェニル基がより好ましい。
【0078】
上記(b1)で表されるカチオンとしては、放射線の吸収効率が高い観点から、下記式(b1−a)、(b1−b)で表されるカチオンが好ましい。
【0079】
【化10】

【0080】
上記式(b1−a)中、Ra1、Ra2及びRa3は、それぞれ独立して、水酸基、炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基又は炭素数6〜12のアリール基である。このアルキル基及びアリール基の水素原子の一部又は全部は置換されていてもよい。g1、g2及びg3は、それぞれ独立して、0〜5の整数である。Ra1、Ra2及びRa3がそれぞれ複数ある場合、複数のRa1、Ra2及びRa3はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
上記式(b1−b)中、Rb1は、水酸基、炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基又は炭素数6〜8のアリール基である。このアルキル基及びアリール基の水素原子の一部又は全部は置換されていてもよい。h1は、0〜7の整数である。Rb2は、水素原子、炭素数1〜7の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基又は炭素数6若しくは7のアリール基である。このアルキル基及びアリール基の水素原子の一部又は全部は置換されていてもよい。h2は、0〜6の整数である。h3は、0〜3の整数である。Rb1及びRb2がそれぞれ複数ある場合、複数のRb1及びRb2はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。また、Rb2が複数ある場合、複数のRb2のうちいずれか2個が互いに結合して環状構造を形成していてもよい。
【0081】
上記Ra1、Ra2及びRa3で表される炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、i−ペンチル基、n−ヘキシル基、i−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、i−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、2−エチルヘキシル基等が挙げられる。
【0082】
上記Ra1、Ra2及びRa3で表される炭素数6〜12のアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等が挙げられる。
【0083】
上記Rb1で表される炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、i−ペンチル基、n−ヘキシル基、i−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、i−オクチル基、2−エチルヘキシル基等が挙げられる。
【0084】
上記Rb1で表される炭素数6〜8のアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基等が挙げられる。
【0085】
上記Rb2で表される炭素数1〜7の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、i−ペンチル基、n−ヘキシル基、i−ヘキシル基、n−ヘプチル基等が挙げられる。
【0086】
上記Rb2で表される炭素数6〜7のアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基等が挙げられる。
【0087】
上記アルキル基及びアリール基が有していてもよい置換基としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子、ヒドロキシル基、シアノ基、チオール基、芳香族炭化水素基、アルケニル基、ヘテロ原子(例えばハロゲン原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、リン原子、ケイ素原子等)を含むアルキル基、脂環式炭化水素基等の有機基等が挙げられる。また置換基として、上記アルキル基及びアリール基の同一炭素原子に結合する2個の水素原子を置換する酸素原子も含まれ、この置換によってカルボニル基が形成される。
【0088】
上記式(b1)で表されるカチオンとしては、例えば、下記式(b1−1)〜(b1−63)で表されるカチオン等が挙げられる。
【0089】
【化11】

【0090】
【化12】

【0091】
【化13】

【0092】
【化14】

【0093】
【化15】

【0094】
【化16】

【0095】
【化17】

【0096】
【化18】

【0097】
【化19】

【0098】
これらの中でも、上記式(b1−1)、(b1−2)、(b1−6)、(b1−8)、(b1−13)、(b1−19)、(b1−25)、(b1−27)、(b1−29)、(b1−33)、(b1−51)、(b1−54)、(b1−64)、(b1−65)、(b1−66)で表されるカチオンが好ましく、式(b1−1)、(b1−65)で表されるカチオンがより好ましく、式(b1−1)で表されるカチオンがさらに好ましい。
【0099】
上記式(b2)で表されるカチオンとしては、放射線の吸収効率が高い観点から、下記式(b2−a)で表されるカチオンが好ましい。
【0100】
【化20】

【0101】
上記式(b2−a)中、Rc1及びRc2は、それぞれ独立して、水酸基、炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基又は炭素数6〜12のアリール基である。このアルキル基及びアリール基の水素原子の一部又は全部は置換されていてもよい。i1及びi2は、それぞれ独立して、0〜5の整数である。R23及びR24がそれぞれ複数ある場合、複数のR23及びR24はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。ヨウ素原子に結合している2個のアリール基が互いに結合して、ヨウ素原子と共に環状構造を形成していてもよい。
【0102】
上記Rc1及びRc2で表されるアルキル基、アリール基及びこれらの置換基としては、上記式(b1−1)におけるRa1、Ra2及びRa3におけるそれぞれの基の例と同じものが挙げられる。
【0103】
上記式(b2)で表されるヨードニウムカチオンとしては、例えば、下記式(b2−1)〜(b2−39)で表されるヨードニウムカチオン等が挙げられる。
【0104】
【化21】

【0105】
【化22】

【0106】
【化23】

【0107】
【化24】

【0108】
これらの中でも、上記式(b2−1)及び(b2−11)で表されるカチオンが好ましい。
【0109】
上記Mで表されるオニウムカチオンは、例えば、Advances in Polymer Science,Vol.62,p.1−48(1984)に記載されている一般的な方法に準じて合成することができる。
【0110】
[A]酸発生剤としては、例えば、下記式で表される化合物等が挙げられる。
【0111】
【化25】

【0112】
【化26】

【0113】
【化27】

【0114】
【化28】

【0115】
【化29】

【0116】
【化30】

【0117】
【化31】

【0118】
【化32】

【0119】
【化33】

【0120】
【化34】

【0121】
【化35】

【0122】
【化36】

【0123】
【化37】

【0124】
【化38】

【0125】
【化39】

【0126】
【化40】

【0127】
【化41】

【0128】
【化42】

【0129】
[A]酸発生体の含有量としては、[A]酸発生体が[A]酸発生剤である場合、[B]重合体100質量部に対して、0.1〜50質量部が好ましく、0.5〜40質量部がより好ましく、1〜30質量部がさらに好ましい。[A]酸発生剤の含有量が0.1質量部未満であると、感度及び現像性が低下する場合がある。逆に、50質量部を超えると、放射線に対する透明性、パターン形状、耐熱性等が低下する場合がある。当該感放射線性樹脂組成物は、[A]酸発生体を1種又は2種以上含有することができる。
【0130】
<[B]重合体>
[B]重合体は、酸解離性基を含む構造単位(以下、「構造単位(I)」ともいう)を有する重合体である。ここで、「酸解離性基」とは、カルボキシル基、ヒドロキシル基等の水素原子を置換する基であって、露光により[A]酸発生体から発生する酸等の作用により解離する基を意味する。当該感放射線性樹脂組成物は、[B]重合体が酸解離性基を有することで、露光部における酸解離性基が解離して極性が増大し、現像液に対する溶解性が変化してパターン形成性を発揮することができる。
【0131】
[構造単位(I)]
構造単位(I)は、酸解離性基を含む構造単位である。構造単位(I)としては、酸解離性基を有する限り特に限定されないが、下記式(2−1)で表される構造単位が好ましい。
【0132】
【化43】

【0133】
上記式(2−1)中、Rは、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Rは、下記式(P)で表される基である。
【化44】

上記式(P)中、Rp1、Rp2及びRp3は、それぞれ独立して、炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基である。但し、Rp2及びRp3は、それぞれが結合している炭素原子と共に炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基を形成していてもよい。
【0134】
構造単位(2−1)としては、下記式(2−1−1)〜(2−1−5)で表される構造単位が好ましい。
【0135】
【化45】

【0136】
上記式(2−1−1)〜(2−1−5)中、R、Rp1、Rp2及びRp3は上記式(2−1)と同義である。i及びjは、それぞれ独立して、1〜4の整数である。Rp1’、Rp2’及びRp3’は、炭素数1〜4のアルキル基である。
【0137】
上記i及びjとしては、1又は2が好ましい。
【0138】
上記Rp1’、Rp2’及びRp3’で表される炭素数1〜4のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等が挙げられる。これらの中で、メチル基、エチル基、i−プロピル基が好ましく、メチル基、エチル基がより好ましく、メチル基がさらに好ましい。
【0139】
上記式(2−1−1)〜(2−1−5)で表される構造単位としては、例えば、下記式で表される構造単位等が挙げられる。
【0140】
【化46】

【0141】
【化47】

【0142】
上記式中、Rは、上記式(2)と同義である。
【0143】
[B]重合体における構造単位(I)の含有割合の下限としては、[B]重合体を構成する全構造単位に対して、10〜90モル%が好ましく、20〜70モル%がより好ましく、25〜60モル%がさらに好ましい。構造単位(I)の含有割合が上記下限未満だと当該感放射線性樹脂組成物のパターン形成性が低下する場合がある。一方、構造単位(I)の含有割合が上記上限を超えると、形成されるレジストパターンの密着性が低下する場合がある。[B]重合体は、構造単位(I)を1種又は2種以上有していてもよい。
【0144】
[B]重合体は、ラクトン構造及び環状カーボネート構造からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を含む構造単位(以下、「構造単位(II)」ともいう)をさらに有することが好ましい。
【0145】
[構造単位(II)]
構造単位(II)は、ラクトン構造及び環状カーボネート構造からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を含む構造単位である。当該感放射線性樹脂組成物は、[B]重合体が構造単位(II)をさらに有することで、形成されるレジスト膜と基板との密着性等、レジスト基本特性をより向上させることができる。また、上記レジスト膜の現像液への可溶性を高めることができる。
【0146】
上記ラクトン構造を含む構造単位としては、例えば、下記式で表される構造単位等が挙げられる。
【0147】
【化48】

【0148】
【化49】

【0149】
上記式中、RL1は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。
【0150】
これらの中でも、置換されていてもよいノルボルナンラクトン構造又は置換されていてもよいγ−ブチロラクトン構造を含む構造単位が好ましく、無置換ノルボルナンラクトン構造、シアノノルボルナンラクトン構造又は無置換γ−ブチロラクトン構造を含む構造単位がさらに好ましい。
【0151】
上記環状カーボネート構造を含む構造単位としては、例えば、下記式で表される構造単位等が挙げられる。
【0152】
【化50】

【0153】
上記式中、RL1は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。
【0154】
これらの中でも、置換されていてもよいエチレンカーボネート構造を含む構造単位が好ましく、無置換エチレンカーボネート構造を含む構造単位がさらに好ましい。
【0155】
上記構造単位(II)を与える好ましい単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[4.2.1.03,7]ノナ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−9−メトキシカルボニル−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[4.2.1.03,7]ノナ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[5.2.1.03,8]デカ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−10−メトキシカルボニル−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[5.2.1.03,8]ノナ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−6−オキソ−7−オキサ−ビシクロ[3.2.1]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−メトキシカルボニル−6−オキソ−7−オキサ−ビシクロ[3.2.1]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−7−オキソ−8−オキサ−ビシクロ[3.3.1]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−メトキシカルボニル−7−オキソ−8−オキサ−ビシクロ[3.3.1]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−メチル−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−エチル−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−プロピル−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2,2−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4,4−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4,4−ジメチル−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5,5−ジメチル−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5−オキソテトラヒドロフラン−2−イルメチルエステル、(メタ)アクリル酸−3,3−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−2−イルメチルエステル、(メタ)アクリル酸−4,4−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−2−イルメチルエステル等が挙げられる。
【0156】
[B]重合体における構造単位(II)の含有割合としては、[B]重合体を構成する全構造単位に対して、10〜80モル%が好ましく、25〜70モル%がより好ましく、35〜60モル%がさらに好ましい。構造単位(II)の含有割合が上記下限未満だと、形成されるレジスト膜の基板への密着性が低下する場合がある。逆に、構造単位(II)の含有割合が上記上限を超えると、当該感放射線性樹脂組成物のパターン形成性が低下する場合がある。[A]重合体は構造単位(II)を1種又は2種以上有していてもよい。
【0157】
[B]重合体は、上記式(2−2)で表される構造単位(以下、「構造単位(III)」ともいう)をさらに有するとよい。
【0158】
[構造単位(III)]
構造単位(III)は、上記式(2−2)で表される構造単位である。[B]重合体は構造単位(III)を有することで[A]酸発生体との相互作用が強くなり、その結果、[A]酸発生体から発生する酸の拡散が抑制されると考えられ、当該感放射線性樹脂組成物のナノエッジラフネス抑制性及び解像性等のリソグラフィー性能が向上する。また、当該感放射線性樹脂組成物は、[B]重合体が構造単位(III)を有することで、露光に用いる放射線として、電子線又はKrFを好適に使用することができる。
【0159】
上記式(2−2)中、Rは、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Rは、単結合、炭素数1〜4の2価の鎖状炭化水素基、エーテル基、エステル基、カルボニル基、アミド基、又はこれらのうちの2以上の基を組み合わせた2価の基である。Rは、1価の有機基である。aは、0又は1である。bは、0〜3の整数である。cは、0〜3の整数である。但し、aが0の場合、b+c≦5の条件を満たし、aが1の場合、b+c≦7の条件を満たす。cが2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよい。
【0160】
上記Rとしては、水素原子、メチル基が好ましく、水素原子がより好ましい。
【0161】
上記Rで表される炭素数1〜4の2価の鎖状炭化水素基としては、例えば、メタンジイル基、エタンジイル基、プロパンジイル基、ブタンジイル基等が挙げられる。
【0162】
上記Rで表される1価の有機基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、シクロアルキルオキシ基、アシル基、アシロキシ基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子、シアノ基等が挙げられる。
【0163】
[B]重合体における構造単位(III)の含有割合としては、[B]重合体を構成する全構造単位に対して、20〜80モル%が好ましく、30〜75モル%がより好ましく、40〜70モル%がさらに好ましい。構造単位(III)の含有割合が上記下限未満だと、形成されるレジスト膜の基板への密着性が低下する場合がある。逆に、構造単位(III)の含有割合が上記上限を超えると、当該感放射線性樹脂組成物のパターン形成性が低下する場合がある。[A]重合体は構造単位(III)を1種又は2種以上有していてもよい。
【0164】
[その他の構造単位]
[B]重合体は、上記構造単位(I)〜(III)以外にも、例えば、アルコール性ヒドロキシル基を含む構造単位、シアノ基、ケトン性カルボニル基等を含む構造単位を有していてもよい。アルコール性ヒドロキシル基を含む構造単位としては、例えば、下記式で表される構造単位等が挙げられる。
【0165】
【化51】

【0166】
その他の構造単位の合計含有割合としては、[B]重合体を構成する全構造単位に対して、通常30モル%以下であり、20モル%以下が好ましい。
【0167】
<[B]重合体の合成方法>
[B]重合体を合成する方法は、特に制限されず、従来公知の方法を用いることができる。例えば、(i)置換又は非置換ヒドロキシスチレンのフェノール性水酸基を保護基で保護した単量体、例えば、ブトキシカルボニルオキシスチレン、ブトキシスチレン、アセトキスチレン、テトラヒドロピラニルオキシスチレン等と、構造単位(I)以外の所定の構造単位に対応する単量体と共に付加重合させた後、酸触媒又は塩基性触媒を作用させることにより、保護基を加水分解して脱離させる方法;(ii)置換又は非置換ヒドロキシスチレンを、構造単位(I)以外の所定の構造単位に対応する単量体と共に付加重合させる方法等が挙げられる。この中で、[B]重合体を効率良く合成できる観点から、(i)の方法が好ましい。
【0168】
上記ラジカル重合開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−シクロプロピルプロピオニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート等のアゾ系ラジカル開始剤;ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等の過酸化物系ラジカル開始剤等を挙げることができる。この中で、AIBN及びジメチル2,2’−アゾビスイソブチレートが好ましい。これらのラジカル開始剤は単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
【0169】
上記重合に使用される溶媒としては、例えば
n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン等のアルカン類;
シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、デカリン、ノルボルナン等のシクロアルカン類;
ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン等の芳香族炭化水素類;
クロロブタン類、ブロモヘキサン類、ジクロロエタン類、ヘキサメチレンジブロミド、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類;
酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、プロピオン酸メチル等の飽和カルボン酸エステル類;
アセトン、2−ブタノン、4−メチル−2−ペンタノン、2−ヘプタノン等のケトン類;
テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン類、ジエトキシエタン類等のエーテル類;
メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、4−メチル−2−ペンタノール等のアルコール類等が挙げられる。これらの溶媒は、1種又は2種以上を用いてもよい。
【0170】
上記重合における反応温度としては、通常40℃〜150℃、50℃〜120℃が好ましい。反応時間としては、通常1時間〜48時間、1時間〜24時間が好ましい。
【0171】
上記(i)の方法において加水分解反応に使用される酸触媒としては、例えば、塩酸、硫酸等の無機酸が挙げられる。また、塩基触媒としては、例えば、トリアルキルアミン等の有機塩基、水酸化ナトリウム等の無機塩基等が挙げられる。
【0172】
[B]重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は特に限定されないが、1,000〜150,000が好ましく、3,000〜100,000がさらに好ましい。また、[B]重合体のMwとGPCによるポリスチレン換算数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は、通常、1〜5であり、好ましくは1〜3である。
【0173】
当該感放射線性樹脂組成物における[B]重合体の含有量としては、全固形分([D]溶媒以外の成分の合計)に対して、通常70質量%以上であり、80質量%が好ましい。[B]重合体は、1種又は2種以上を用いることができる。
【0174】
<[C]化合物>
[C]化合物は、上記式(3−1)及び(3−2)でそれぞれ表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である。[C]化合物は当該感放射線性樹脂組成物において酸拡散制御剤として機能し、露光により弱酸を発生する光崩壊性塩基である。当該感放射線性樹脂組成物は、[C]化合物をさらに含有することで、露光部においては酸を発生して[B]重合体の現像液に対する不溶性を高め、現像後の露光部表面のラフネスをさらに抑制することができる一方、未露光部ではアニオンによる高い酸捕捉機能が発揮されクエンチャーとして機能し、露光部から拡散する酸を捕捉する。すなわち、未露光部のみにおいてクエンチャーとして機能するため、脱保護反応のコントラストが向上し、結果として解像度をより向上させることができる。
【0175】
上記式(3−1)及び式(3−2)中、
11〜R15は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシル基又はハロゲン原子である。
及びEは、それぞれ独立して、OH、R−COO、R−SO、又はR−N−SO−Rである。R、R及びRは、それぞれ独立して、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基である。このアルキル基、シクロアルキル基、アリール基及びアラルキル基の水素原子の一部又は全部は置換されていてもよい。Rは、アルキル基又はアラルキル基である。このアルキル基又はアラルキル基の水素原子の一部又は全部はフッ素原子で置換されていてもよい。
【0176】
上記R11〜R15としては、水素原子、アルキル基が好ましく、水素原子がより好ましい。
【0177】
上記R、R及びRで表されるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等が挙げられる。
【0178】
上記R、R及びRで表されるシクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基等の単環のシクロアルキル基;ノルボルニル基、アダマンチル基等の多環のシクロアルキル基等が挙げられる。
【0179】
上記R、R及びRで表されるアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、トリメチルフェニル基、エチルフェニル基、t−ブチルフェニル基、ナフチル基、アントラニル基等が挙げられる。
【0180】
、R及びRで表されるアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基等が挙げられる。
【0181】
上記Rで表されるアルキル基及びアラルキル基としては、上記R、R及びRにおけるアルキル基及びアラルキル基の例と同じものが挙げられる。
【0182】
上記アルキル基、シクロアルキル基、アリール基及びアラルキル基が有する置換基としては、例えば、ヒドロキシル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、ラクトン基、アルキルカルボニル基等が挙げられる。
【0183】
及びEとしては、R−COO、R−SOが好ましく、R−COOがより好ましく、下記式(3−a)で表されるアニオンがさらに好ましい。
【0184】
【化52】

上記式(3−a)中、Rαは、水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシ基である。uは0〜2の整数である。
【0185】
当該感放射線性樹脂組成物における[C]化合物の含有量としては、[B]重合体100質量部に対して、0.1〜20質量部が好ましく、0.3〜10質量部がより好ましく、0.5〜7質量部がさらに好ましく、1〜5質量部が特に好ましい。[C]化合物の含有量が上記下限未満だと、ナノエッジラフネスをさらに抑制する[C]化合物の効果が十分に発揮されない場合がある。一方、[C]化合物の含有量が上記上限を超えると、当該感放射線性樹脂組成物の感度が低下する場合がある。
【0186】
<その他の任意成分>
当該感放射線性樹脂組成物は、その他の任意成分として、他の感放射線性酸発生体、他の酸拡散制御剤、フッ素原子含有重合体、溶媒、界面活性剤、脂環式骨格含有化合物、増感剤等を含有してもよい。
【0187】
[他の感放射線性酸発生体]
当該感放射線性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲であれば、[A]酸発生体以外の他の感放射線性酸発生体を含有してもよい。
【0188】
上記他の感放射線性酸発生体としては、例えば、[A]酸発生体以外のオニウム塩化合物、スルホンイミド化合物、ハロゲン含有化合物、ジアゾケトン化合物等が挙げられる。また上記オニウム塩化合物としては、スルホニウム塩、テトラヒドロチオフェニウム塩、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等が挙げられる。
【0189】
上記スルホニウム塩としては、例えば、
トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、4−シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、4−シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、4−メタンスルホニルフェニルジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−メタンスルホニルフェニルジフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、4−メタンスルホニルフェニルジフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート等が挙げられる。
【0190】
テトラヒドロチオフェニウム塩としては、例えば1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(6−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(6−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(6−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート等が挙げられる。
【0191】
ヨードニウム塩としては、例えばジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート等が挙げられる。
【0192】
当該感放射線性樹脂組成物における上記他の感放射線性酸発生体の含有量としては、[B]重合体100質量部に対して、5質量部以下が好ましく、3質量部以下がさらに好ましい。他の感放射線性酸発生体は、1種又は2種以上を用いることができる。
【0193】
[他の酸拡散制御剤]
当該感放射線性樹脂組成物は[C]化合物以外の他の酸拡散制御剤を含有してもよい。当該感放射線性樹脂組成物は、他の酸拡散制御剤を含有することで、得られる感放射線性樹脂組成物の貯蔵安定性がさらに向上し、解像性が向上し、かつ露光から現像処理までの引き置き時間の変動によるレジストパターンの線幅変化を抑制することができ、プロセス安定性が向上する。
【0194】
上記他の酸拡散制御剤としては、例えば、アミン化合物、アミド基含有化合物、ウレア化合物、含窒素複素環化合物等が挙げられる。
【0195】
アミン化合物としては、例えばモノ(シクロ)アルキルアミン類;ジ(シクロ)アルキルアミン類;トリ(シクロ)アルキルアミン類;置換アルキルアニリン又はその誘導体;エチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノジフェニルアミン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、2−(3−アミノフェニル)−2−(4−アミノフェニル)プロパン、2−(4−アミノフェニル)−2−(3−ヒドロキシフェニル)プロパン、2−(4−アミノフェニル)−2−(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,4−ビス(1−(4−アミノフェニル)−1−メチルエチル)ベンゼン、1,3−ビス(1−(4−アミノフェニル)−1−メチルエチル)ベンゼン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、ビス(2−ジエチルアミノエチル)エーテル、1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリジノン、2−キノキサリノール、N,N,N’,N’−テトラキス(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、N,N,N’,N’’N’’−ペンタメチルジエチレントリアミン等が挙げられる。
【0196】
アミド基含有化合物としては、例えばN−t−ブトキシカルボニル基含有アミノ化合物、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド、ピロリドン、N−メチルピロリドン、N−アセチル−1−アダマンチルアミン、イソシアヌル酸トリス(2−ヒドロキシエチル)等が挙げられる。
【0197】
ウレア化合物としては、例えば尿素、メチルウレア、1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア、1,1,3,3−テトラメチルウレア、1,3−ジフェニルウレア、トリ−n−ブチルチオウレア等が挙げられる。
【0198】
含窒素複素環化合物としては、例えばイミダゾール類;ピリジン類;ピペラジン類;ピラジン、ピラゾール、ピリダジン、キノザリン、プリン、ピロリジン、ピペリジン、ピペリジンエタノール、3−ピペリジノ−1,2−プロパンジオール、モルホリン、4−メチルモルホリン、1−(4−モルホリニル)エタノール、4−アセチルモルホリン、3−(N−モルホリノ)−1,2−プロパンジオール、1,4−ジメチルピペラジン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン等が挙げられる。
【0199】
当該感放射線性樹脂組成物における上記他の酸拡散制御剤の含有量としては、[B]重合体100質量部に対して、5質量部以下が好ましく、3質量部以下がさらに好ましい。他の酸拡散制御剤は、1種又は2種以上を用いることができる。
【0200】
[フッ素原子含有重合体]
当該感放射線性樹脂組成物は、フッ素原子含有重合体を含有してもよい。当該感放射線性樹脂組成物が、フッ素原子含有重合体を含有することで、レジスト膜を形成した際に、フッ素原子含有重合体の撥油性的特徴により、その分布がレジスト被膜表層に偏在化する傾向があるため、液浸露光時において、膜中の酸発生剤や酸拡散制御剤等の液浸媒体への溶出を抑制することができる。また、このフッ素原子含有重合体の撥水性的特徴により、レジスト被膜と液浸媒体との前進接触角が所望の範囲に制御でき、バブル欠陥の発生を抑制できる。さらに、レジスト膜と液浸媒体との後退接触角を高くすることができ、その結果、水滴を残さず、高速でのスキャン露光が可能となる。このように当該感放射線性樹脂組成物がフッ素原子含有重合体を含有することにより、液浸露光法に好適なレジスト膜を形成することができる。
【0201】
フッ素原子重合体の構造は特に限定されず、例えば、(1)それ自体は現像液に不溶で、酸の作用によりアルカリ可溶性となるフッ素原子含有重合体、(2)それ自体が現像液に可溶であり、酸の作用によりアルカリ可溶性が増大するフッ素原子含有重合体、(3)それ自体は現像液に不溶で、アルカリの作用によりアルカリ可溶性となるフッ素原子含有重合体、(4)それ自体が現像液に可溶であり、アルカリの作用によりアルカリ可溶性が増大するフッ素原子含有重合体等が挙げられる。
【0202】
上記フッ素原子含有重合体としては、フッ素原子含有構造単位を有する重合体が好ましい。このようなフッ素原子含有構造単位を与える単量体としては、例えば、トリフルオロメチル(メタ)アクリル酸エステル、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロエチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロn−プロピル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロi−プロピル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロn−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロi−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロt−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、2−(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)(メタ)アクリル酸エステル、1−(2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル)(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロシクロヘキシルメチル(メタ)アクリル酸エステル、1−(2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル)(メタ)アクリル酸エステル、1−(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10−ヘプタデカフルオロデシル)(メタ)アクリル酸エステル、1−(5−トリフルオロメチル−3,3,4,4,5,6,6,6−オクタフルオロヘキシル)(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられる。
【0203】
上記フッ素原子含有重合体としては、例えば、上記フッ素原子含有構造単位と、上記[B]重合体を構成する構造単位として上述した酸解離性基を含む構造単位(I)とを有する重合体等が好ましい。
【0204】
当該感放射線性樹脂組成物における上記フッ素原子含有重合体の含有量としては、[B]重合体100質量部に対して、20質量部以下が好ましく、10質量部以下がさらに好ましい。フッ素原子含有重合体は、1種又は2種以上を用いることができる。
【0205】
[溶媒]
当該感放射線性樹脂組成物は、通常、溶媒を含有する。溶媒は少なくとも上記[A]酸発生体、[B]重合体、及び必要に応じて加えられる任意成分を溶解できれば特に限定されない。
【0206】
上記溶媒としては、例えば、アルコール系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒、エステル系溶媒、炭化水素系溶媒等が挙げられる。
【0207】
アルコール系溶媒としては、例えば
メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノール、n−ブタノール、iso−ブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、n−ペンタノール、iso−ペンタノール、2−メチルブタノール、sec−ペンタノール、tert−ペンタノール、3−メトキシブタノール、n−ヘキサノール、2−メチルペンタノール、sec−ヘキサノール、2−エチルブタノール、sec−ヘプタノール、3−ヘプタノール、n−オクタノール、2−エチルヘキサノール、sec−オクタノール、n−ノニルアルコール、2,6−ジメチル−4−ヘプタノール、n−デカノール、sec−ウンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、sec−テトラデシルアルコール、sec−ヘプタデシルアルコール、フルフリルアルコール、フェノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、ジアセトンアルコール等のモノアルコール系溶媒;
エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、2,4−ペンタンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、2,5−ヘキサンジオール、2,4−ヘプタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール等の多価アルコール系溶媒;
エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノ−2−エチルブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル等の多価アルコール部分エーテル系溶媒等が挙げられる。
【0208】
エーテル系溶媒としては、例えばジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジフェニルエーテル、メトキシベンゼン等が挙げられる。
【0209】
ケトン系溶媒としては、例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン、ジエチルケトン、メチル−iso−ブチルケトン、メチル−n−アミルケトン、エチル−n−ブチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、ジ−iso−ブチルケトン、トリメチルノナノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、メチルシクロヘキサノン、2,4−ペンタンジオン、アセトニルアセトン、アセトフェノン等のケトン系溶媒が挙げられる。
【0210】
アミド系溶媒としては、例えばN,N’−ジメチルイミダゾリジノン、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド、N−メチルピロリドン等が挙げられる。
【0211】
エステル系溶媒としては、例えばジエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、酢酸メチル、酢酸エチル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、酢酸n−プロピル、酢酸iso−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸iso−ブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸n−ペンチル、酢酸sec−ペンチル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸2−エチルブチル、酢酸2−エチルヘキシル、酢酸ベンジル、酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸n−ノニル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジ酢酸グリコール、酢酸メトキシトリグリコール、プロピオン酸エチル、プロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸iso−アミル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ−n−ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル、乳酸n−アミル、マロン酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル等が挙げられる。
【0212】
炭化水素系溶媒としては、例えば
n−ペンタン、iso−ペンタン、n−ヘキサン、iso−ヘキサン、n−ヘプタン、iso−ヘプタン、2,2,4−トリメチルペンタン、n−オクタン、iso−オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒;
ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、トリメチルベンゼン、メチルエチルベンゼン、n−プロピルベンゼン、iso−プロピルベンゼン、ジエチルベンゼン、iso−ブチルベンゼン、トリエチルベンゼン、ジ−iso−プロピルベンセン、n−アミルナフタレン等の芳香族炭化水素系溶媒等が挙げられる。
【0213】
これらの中で、ケトン系溶媒、エステル系溶媒が好ましく、環状ケトン、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、乳酸アルキルエステルがより好ましく、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチルがさらに好ましい。
【0214】
[界面活性剤]
界面活性剤は、塗布性、ストリエーション、現像性等を改良する効果を奏する。界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンn−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンn−ノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のノニオン系界面活性剤の他、以下商品名でKP341(信越化学工業社)、ポリフローNo.75、同No.95(以上、共栄社化学社)、エフトップEF301、同EF303、同EF352(以上、トーケムプロダクツ社)、メガファックF171、同F173(以上、大日本インキ化学工業社)、フロラードFC430、同FC431(以上、住友スリーエム社)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382、同SC−101、同SC−102、同SC−103、同SC−104、同SC−105、同SC−106(以上、旭硝子工業社)等が挙げられる。界面活性剤は、1種又は2種以上を用いることができる。
【0215】
[脂環式骨格含有化合物]
脂環式骨格含有化合物は、ドライエッチング耐性、パターン形状、基板との接着性等を改善する効果を奏する。
【0216】
脂環式骨格含有化合物としては、例えば
1−アダマンタンカルボン酸、2−アダマンタノン、1−アダマンタンカルボン酸t−ブチル等のアダマンタン誘導体類;
デオキシコール酸t−ブチル、デオキシコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、デオキシコール酸2−エトキシエチル等のデオキシコール酸エステル類;
リトコール酸t−ブチル、リトコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、リトコール酸2−エトキシエチル等のリトコール酸エステル類;
3−〔2−ヒドロキシ−2,2−ビス(トリフルオロメチル)エチル〕テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン、2−ヒドロキシ−9−メトキシカルボニル−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン等が挙げられる。これらの脂環式骨格含有化合物は単独で使用してもよく2種以上を併用してもよい。
【0217】
[増感剤]
増感剤は、[A]酸発生体等の生成量を増加する作用を示すものであり、当該組成物の「みかけの感度」を向上させる効果を奏する。
【0218】
増感剤としては、例えばカルバゾール類、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ナフタレン類、フェノール類、ビアセチル、エオシン、ローズベンガル、ピレン類、アントラセン類、フェノチアジン類等が挙げられる。これらの増感剤は、単独で使用してもよく2種以上を併用してもよい。
【0219】
<感放射線性樹脂組成物の調製方法>
当該感放射線性樹脂組成物は、[A]酸発生体、[B]重合体、必要に応じて加える任意成分を、通常、全固形分濃度が1〜50質量%、好ましくは1〜25質量%となるように、溶媒に溶解した後、例えば、孔径50nm程度のフィルター等でろ過することにより調製される。
【0220】
<レジストパターンの形成方法>
本発明のレジストパターン形成方法は、
(1)当該感放射線性樹脂組成物を用いて基板上にレジスト膜を形成する工程、
(2)上記レジスト膜を露光する工程、
(3)上記露光されたレジスト膜を加熱する工程、及び
(4)上記加熱されたレジスト膜を現像する工程
を有する。当該レジストパターン形成方法は、上述の当該感放射線性樹脂組成物を用いているので、ナノエッジラフネスが小さく、かつ解像度の高いレジストパターンを形成することができる。以下、各工程について説明する。
【0221】
(1)工程では、感放射線性樹脂組成物を、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の塗布手段によって、基板(シリコンウエハ、二酸化シリコン、反射防止膜で被覆されたウエハー等)上に塗布することにより、レジスト膜を形成する。具体的には、得られるレジスト膜が所定の膜厚となるように感放射線性樹脂組成物を塗布した後、必要に応じてプレベーク(PB)することにより塗膜中の溶媒を気化させ、レジスト膜を形成する。PBの加熱温度としては、当該組成物の配合組成によって適宜選択されるが、通常30℃〜200℃程度であり、50℃〜150℃が好ましい。また、PBの加熱時間としては通常10秒〜600秒程度であり、20秒〜300秒が好ましい。
【0222】
(2)工程では、(1)工程で形成されたレジスト膜に、場合によっては、水等の液浸媒体を介して、放射線を照射し、露光させる。なお、この際には、通常、所定のパターンを有するマスクを通して放射線を照射する。放射線としては、目的とするパターンの線幅に応じて、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線等の電磁波、電子線等の荷電粒子線等から適宜選択して照射する。これらの中でも、ArFエキシマレーザー(波長193nm)、KrFエキシマレーザー(波長248nm)に代表される放射線を用いて照射される遠紫外線が好ましく、特にArFエキシマレーザーが好ましい。
【0223】
(3)工程は、ポストエクスポージャーベーク(PEB)と呼ばれ、(2)工程でレジスト膜の露光された部分において、露光により発生した酸による重合体の脱保護を促進させる工程である。このPEBによって、露光された部分(露光部)と露光されていない部分(未露光部)のアルカリ現像液に対する溶解性に差が生じる。PEB温度としては、通常50℃〜180℃であり、50℃〜170℃が好ましい。また、PEBを行う時間としては、通常10秒〜600秒程度であり、20秒〜300秒が好ましい。
【0224】
(4)工程では、露光されたレジスト膜を、現像液で現像することにより、所定のレジストパターンを形成する。現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、けい酸ナトリウム、メタけい酸ナトリウム、アンモニア水、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、エチルジメチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ−[4.3.0]−5−ノネン等のアルカリ性化合物の少なくとも1種を溶解したアルカリ水溶液が好ましい。このアルカリ水溶液の濃度としては、通常1〜10質量%であり、1〜5質量%が好ましく、1〜3質量%がさらに好ましい。また上述したように、現像液として、炭化水素系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒、ケトン系溶媒、アルコール系溶媒等の有機溶媒、又は有機溶媒を含有する溶媒を用いることもできる。
【0225】
(4)工程における現像液の温度としては、通常10℃〜50℃であり、15℃〜30℃が好ましく、20℃〜25℃がさらに好ましい。また、現像液による処理時間としては通常10秒〜200秒であり、15秒〜100秒がより好ましく、15秒〜90秒がさらに好ましい。なお、現像液で現像した後は、水等で洗浄し、乾燥することが好ましい。
【実施例】
【0226】
以下、実施例を挙げて、本発明の実施の形態をさらに具体的に説明する。但し、本発明は、これらの実施例に何ら制約されるものではない。本実施例においては、レジスト被膜の露光にEB(電子線)を使用しているが、EUV等の短波長放射線を使用した場合でも基本的なレジスト特性は類似しており、それらの間に相関性があることも知られている。各種物性値の測定方法を以下に示す。
【0227】
[重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)]
Mw及びMnは、東ソー社製GPCカラム(G2000HXL2本、G3000HXL1本、G4000HXL1本)を用い、流量:1.0ミリリットル/分、溶出溶剤:テトラヒドロフラン、カラム温度:40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。また、分散度Mw/Mnは、Mw及びMnの測定値より算出した。
【0228】
13C−NMR分析]
13C−NMR分析は日本電子社製の型式「JNM−EX270」を用いて測定した。
【0229】
<[A]酸発生剤から発生する酸の拡散係数の測定>
[A]酸発生剤から露光により発生する酸の酸拡散係数(D)の測定は、文献(Proc.of SPIE Vol.6519 6519KのTable4)に記載の方法に従って、以下のように行った。本実施例において発生する酸の拡散係数(D)の測定を行った[A]成分を以下に示す。
A−1:下記式(A−1)で表される化合物
A−2:下記式(A−2)で表される化合物
A−3:下記式(A−3)で表される化合物
A−4:下記式(A−4)で表される化合物
A−5:下記式(A−5)で表される化合物
a−1:下記式(a−1)で表される化合物
a−2:下記式(a−2)で表される化合物
【0230】
【化53】

【0231】
[測定例]
上記[A]成分のそれぞれについて、発生する酸の105℃における拡散係数を、上述の測定方法によって測定した。なお、樹脂組成物の塗布及び現像には、塗布/現像装置(「クリーントラックACT8」、東京エレクトロン製)を、露光には、露光装置「S306C」、ニコン製、NA0.78、σ0.85)を、フィルム膜厚差(ΔL)を求めるための露光部及び未露光部の膜厚の測定には、膜厚測定装置(「Lambda Ace」、大日本スクリーン製造製)を用いた。測定結果を表1に示す。
【0232】
【表1】

【0233】
<[B]重合体の合成>
[B]重合体の合成に用いた単量体を以下に示す。
【0234】
【化54】

【0235】
[合成例1](重合体(B−1)の合成)
p−アセトキシスチレン55g、下記式(M−1)で表される化合物(以下、「化合物(M−1)」ともいう)45g、AIBN4g、及び連鎖移動剤としてのt−ドデシルメルカプタン1gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル100gに溶解した後、窒素雰囲気下、反応温度を70℃に保持して、16時間重合させた。重合後、反応溶液を1,000gのn−ヘキサン中に滴下して、生成した重合体を凝固精製した。次いで、この重合体に、再度プロピレングリコールモノメチルエーテル150gを加えた後、さらに、メタノール150g、トリエチルアミン34g、及び水6gを加えて、沸点にて還流させながら、8時間加水分解反応を行った。反応後、溶媒及びトリエチルアミンを減圧留去し、得られた重合体をアセトン150gに溶解した後、2,000gの水中に滴下して凝固させ、生成した白色粉末をろ過して、減圧下50℃で一晩乾燥し、重合体(B−1)を得た。得られた重合体(B−1)は、Mwが10,000、Mw/Mnが2.1であった。また、13C−NMR分析の結果、p−ヒドロキシスチレンに由来する構造単位及び化合物(M−1)に由来する構造単位の含有割合(モル比)は、65:35であった。
【0236】
[合成例2](重合体(B−2)の合成)
p−アセトキシスチレン53g、下記式(M−2)で表される化合物(以下、「化合物(M−2)」ともいう)47g、AIBN4g、及び連鎖移動剤としてのt−ドデシルメルカプタン0.2gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル200gに溶解した後、窒素雰囲気下、反応温度を70℃に保持して、6時間重合させた。重合後、反応溶液を2,000gのn−ヘキサン中に滴下して、生成した重合体を凝固精製した。次いで、この重合体に、再度プロピレングリコールモノメチルエーテル150gを加えた後、さらに、メタノール150g、トリエチルアミン37g、及び水7gを加えて、沸点にて還流させながら、8時間加水分解反応を行った。反応後、溶媒及びトリエチルアミンを減圧留去し、得られた重合体をアセトン150gに溶解した後、2,000gの水中に滴下して凝固させ、生成した白色粉末をろ過して、減圧下50℃で一晩乾燥し、重合体(B−2)を得た。得られた重合体(B−2)はMwが13,000、Mw/Mnが2.4であった。13C−NMR分析の結果、p−ヒドロキシスチレンに由来する構造単位及び化合物(M−2)に由来する構造単位の含有割合(モル比)が50:50であった。
【0237】
[合成例3](重合体(B−3)の合成)
下記式(M−3)で表される化合物(以下、「化合物(M−3)」ともいう)55g、下記式(M−4)で表される化合物(以下、「化合物(M−4)」ともいう)45g、及びAIBN3gを、メチルエチルケトン300gに溶解した後、窒素雰囲気下、反応温度を78℃に保持して、6時間重合させた。重合後、反応溶液を2,000gのメタノール中に滴下して、生成した重合体を凝固させた。次いで、この重合体を300gのメタノールで2回洗浄し、生成した白色粉末をろ過して、減圧下50℃で一晩乾燥し、重合体(B−3)を得た。得られた重合体(B−3)のMwは7,000、Mw/Mnが2.1であった。また、13C−NMR分析の結果、化合物(M−3)に由来する構造単位及び化合物(M−4)に由来する構造単位の含有割合(モル比)は、47:52であった。
【0238】
<感放射線性樹脂組成物の調製>
感放射線性樹脂組成物の調製に用いた[C]化合物、[D]溶媒及び他の酸拡散制御剤について以下に示す。
【0239】
[[C]化合物]
C−1:トリフェニルスルホニウムサリチレート(下記式(C−1)で表される化合物)
【0240】
【化55】

【0241】
[[D]溶媒]
D−1:乳酸エチル
D−2:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
D−3:シクロヘキサノン
【0242】
[他の酸拡散制御剤]
c−1:トリ−n−オクチルアミン
【0243】
[実施例1]
[A]成分としての(A−1)20質量部、[B]重合体としての(B−1)100質量部、[C]化合物としての(C−1)3質量部、[D]溶媒としての(D−1)2,000質量部及び(D−2)4,000質量部を混合し、得られた混合液を孔径200nmのメンブランフィルターでろ過することにより、実施例1の感放射線性樹脂組成物を調製した。
【0244】
[実施例2〜6並びに比較例1及び2]
下記表2に示す種類及び配合量の成分を用いた以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜7並びに比較例1及び2の感放射線性樹脂組成物を調製した。
【0245】
【表2】

【0246】
<レジストパターンの形成>
東京エレクトロン社製の「クリーントラックACT−8」内で、シリコンウエハ上に感放射線性樹脂組成物をスピンコートした後、110℃で60秒間PBを行い、膜厚45nmのレジスト膜を形成した。その後、簡易型の電子線描画装置(日立製作所社製、型式「HL800D」、出力:50KeV、電流密度:5.0アンペア/cm)を用いてレジスト膜に電子線を照射した。電子線の照射後、表3に示す温度で60秒間PEBを行った。その後、2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用い、23℃で1分間、パドル法により現像した後、純水で水洗し、乾燥して、レジストパターンを形成した。
【0247】
<評価>
下記方法に従って、上記感放射線性樹脂組成物について感度を評価し、上記得られたレジストパターンについて、ナノエッジラフネス及び解像度を評価した。評価結果を表3に示す。
【0248】
[感度]
線幅150nmのライン部と、隣り合うライン部によって形成される間隔が150nmのスペース部(すなわち、溝)とからなるパターン(いわゆる、ライン・アンド・スペースパターン(1L1S))を1対1の線幅に形成する露光量を最適露光量とし、この最適露光量を感度(単位:μC/cm)とした。
【0249】
[ナノエッジラフネス(nm)]
設計線幅150nmのライン・アンド・スペースパターン(1L1S)のラインパターンを、半導体用走査型電子顕微鏡(高分解能FEB測長装置、商品名「S−9220」、日立製作所製)にて観察した。この走査型電子顕微鏡にてパターン上部から観察し、線幅を任意のポイントで10点観測し、その測定ばらつきを3シグマで表現した値をナノエッジラフネス(単位:nm)とした。ナノエッジラフネスの値が小さいほどパターンの直線性が優れていることを示す。なお、ナノエッジラフネスの値が15nm以下の場合は「良好」と、15nmを超える場合は「不良」と判断した。
【0250】
[解像度]
ライン・アンド・スペースパターン(1L1S)について、最適露光量により解像されるラインパターンの最小線幅(nm)を解像度とした。なお、解像度の値が80nm以下の場合は「良好」と、80nmを超える場合は「不良」と判断した。
【0251】
【表3】

【0252】
上記実施例及び比較例から、本発明の感放射線性樹脂組成物を用いることにより、ナノエッジラフネス及び解像度が向上することを確認できた。
【産業上の利用可能性】
【0253】
本発明の感放射線性樹脂組成物は、レジストパターン形成時におけるライン・アンド・スペースパターンの解像度に優れるだけでなく、ナノエッジラフネスにも優れるので、EB、EUVやX線による微細パターン形成に有用である。従って、本発明の感放射線性組成物は、今後さらに微細化が進行すると予想される半導体デバイス製造用の化学増幅型レジスト用として極めて有用である。
【符号の説明】
【0254】
1:シリコンウエハ基板
2:反射防止層
3:第1層
4:第2層
a:酸の発生
b:酸の拡散
ΔL:膜厚差

【特許請求の範囲】
【請求項1】
[A]感放射線性酸発生体、及び
[B]酸解離性基を含む構造単位を有する重合体
を含有し、
上記[A]感放射線性酸発生体から発生する酸の105℃における拡散係数が0.01nm/sec以下である感放射線性樹脂組成物。
【請求項2】
[A]感放射線性酸発生体が、下記式(1)で表される化合物である請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
【化1】

(式(1)中、Rは、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−NHCO−、−CONH−、−NH−CO−O−、−O−CO−NH−、−NH−、−S−、−SO−、−SO−、−SO−O−及び−O−SO−からなる群より選ばれる少なくとも1種の官能基と、炭素数5〜20の脂環式炭化水素基及び核原子数5〜20の脂肪族複素環基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基とを含む1価の有機基である。上記脂環式炭化水素基及び脂肪族複素環基の水素原子の一部又は全部は置換されていてもよい。Mは、1価のオニウムカチオンである。)
【請求項3】
上記式(1)におけるRが、下記式(i)で表される基を含む有機基である請求項2に記載の感放射線性樹脂組成物。
【化2】

(式(i)中、R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜30の炭化水素基又は核原子数3〜30の複素環基である。この炭化水素基及び複素環基の水素原子の一部又は全部は置換されていてもよい。但し、R及びRの少なくとも一方は、炭素数5〜20の脂環式炭化水素基又は核原子数5〜20の脂肪族複素環基である。X及びXは、それぞれ独立して、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−NHCO−、−CONH−、−NH−CO−O−、−O−CO−NH−、−NH−、−S−、−SO−、−SO−、−SO−O−又は−O−SO−である。mは、0〜2の整数である。nは、0又は1である。mが2の場合、複数のR及びXはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)
【請求項4】
上記式(i)におけるX及びXの少なくとも一方が、−CO−又は−COO−である請求項3に記載の感放射線性樹脂組成物。
【請求項5】
上記式(1)におけるRのSOに隣接する炭素原子に少なくとも1個のフッ素原子又はフッ素化アルキル基が結合している請求項2、請求項3又は請求項4に記載の感放射線性樹脂組成物。
【請求項6】
上記式(1)におけるRが、ラクトン構造、環状カーボネート構造及びスルトン構造からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を含む有機基である請求項2から請求項5のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
【請求項7】
[B]重合体が、下記式(2−2)で表される構造単位をさらに有する請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
【化3】

(式(2−2)中、Rは、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Rは、単結合、炭素数1〜4の2価の鎖状炭化水素基、エーテル基、エステル基、カルボニル基、アミド基、又はこれらのうちの2以上の基を組み合わせた2価の基である。Rは、1価の有機基である。aは、0又は1である。bは、1〜3の整数である。cは、0〜3の整数である。但し、aが0の場合、b+c≦5の条件を満たし、aが1の場合、b+c≦7の条件を満たす。cが2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよい。)
【請求項8】
[C]下記式(3−1)及び(3−2)でそれぞれ表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物をさらに含有する請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
【化4】

(式(3−1)及び式(3−2)中、R11〜R15は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシル基又はハロゲン原子である。Z及びEは、それぞれ独立して、OH、R−COO、R−SO、又はR−N−SO−Rである。R、R及びRは、それぞれ独立して、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基である。このアルキル基、シクロアルキル基、アリール基及びアラルキル基の水素原子の一部又は全部は置換されていてもよい。Rは、アルキル基又はアラルキル基である。このアルキル基又はアラルキル基の水素原子の一部又は全部はフッ素原子で置換されていてもよい。)
【請求項9】
(1)請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物を用いて基板上にレジスト膜を形成する工程、
(2)上記レジスト膜を露光する工程、
(3)上記露光されたレジスト膜を加熱する工程、及び
(4)上記加熱されたレジスト膜を現像する工程
を有するレジストパターン形成方法。

【図1】
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